Introduzione
I sensori sono parte integrante di qualsiasi sistema di automazione per consentire di rilevare la presenza di oggetti. Quando si considerano i sensori fotoelettrici, esistono tre tipi di sensori: a sbarramento, a riflessione ea diffusione. Esiste una versione migliorata dei sensori a modalità diffusa chiamata "sensori con soppressione dello sfondo". In questo articolo parleremo dei sensori di soppressione dello sfondo e del loro funzionamento.
Che cos'è un sensore di soppressione dello sfondo?
Prima di parlare della soppressione dello sfondo, rinfreschiamo le nostre conoscenze sui sensori fotoelettrici in generale. I sensori fotoelettrici utilizzano segnali ottici per rilevare la presenza di un oggetto. Esistono tre tipi principali di sensori fotoelettrici: a sbarramento (a sbarramento), a riflessione e a riflessione diffusa.
Tipi di sensori fotoelettrici
I sensori a sbarramento sono la forma più semplice di sensori fotoelettrici. Hanno un trasmettitore e un ricevitore separati posizionati l'uno di fronte all'altro. Quando un oggetto ostruisce il raggio laser/di luce, l'assenza del raggio di luce attiva il ricevitore. Questo segnale può essere utilizzato per rilevare se l'oggetto è presente o meno.
I sensori retroriflettenti hanno sia il trasmettitore che il ricevitore integrati nella stessa unità. Un tipo speciale di riflettore è posizionato attraverso il raggio che riflette il raggio trasmesso in un modo specifico verso il trasmettitore. Quando un oggetto viene posizionato attraverso il raggio, il raggio riflesso viene diffuso e la quantità di luce riflessa cambia. Questo permette al sensore di rilevare anche oggetti trasparenti grazie alla rifrazione presente nell'oggetto stesso. I sensori a riflessione si basano sull'interruzione del raggio per rilevare l'oggetto.
I sensori a riflessione diretta sono il terzo tipo di sensori fotoelettrici. Si affidano all'oggetto stesso per riflettere il raggio di luce verso il sensore. Per questo motivo, i sensori a riflessione diretta non necessitano di un riflettore.
I sensori a diffusione standard utilizzano la quantità di luce riflessa per rilevare un oggetto.
Problema con la riflessione in modalità diffusa
In molti casi, i sensori riflettenti in modalità diffusa offrono un'opzione di calibrazione in cui è possibile regolare la distanza/portata di rilevamento. Tuttavia, poiché il sensore fa affidamento sull'oggetto per riflettere il raggio, anche qualsiasi oggetto lucido attraverso il raggio diverso dall'oggetto può riflettere il raggio. Ciò provoca falsi trigger e può causare problemi significativi.
Ad esempio, un sensore a modalità diffusa standard impostato per rilevare un oggetto riflettente entro 15 pollici può rilevare erroneamente un altro oggetto anch'esso altamente riflettente che può trovarsi fino a 6 piedi di distanza.
Sensore di soppressione dello sfondo
I sensori di soppressione dello sfondo aiutano a mitigare il problema discusso sopra. È una variazione del sensore riflettente in modalità diffusa che utilizza il "principio di triangolazione". A differenza di un normale sensore a modalità diffusa che misura la quantità di luce riflessa, i sensori con soppressione dello sfondo misurano a quale angolo la luce riflessa cade sul sensore.
Principio di funzionamento del sensore di soppressione dello sfondo
I sensori con soppressione dello sfondo sono simili ai sensori a tasteggio. Hanno sia l'emettitore che il ricevitore incorporati nello stesso alloggiamento e si affidano all'oggetto rilevato per riflettere il raggio.
Quando un oggetto viene posizionato davanti a un sensore di soppressione dello sfondo, il raggio viene riflesso indietro ad angolo. Questo angolo cambia a seconda della distanza dal sensore all'oggetto. Quando l'oggetto è più vicino, l'angolo è maggiore rispetto a quando è lontano.
I sensori regolabili sono disponibili in due tipi: meccanici o elettrici. Nel tipo meccanico, il sensore può essere calibrato utilizzando una vite per regolare il punto di interesse per rilevare l'oggetto. Nei modelli calibrati elettronicamente, il sensore ha un pulsante per "apprendere" il tipo di oggetto e lo sfondo.
In che modo i sensori di soppressione dello sfondo sopprimono lo sfondo?
I sensori di soppressione dello sfondo dispongono di un meccanismo intelligente per misurare la posizione relativa dell'oggetto rispetto allo sfondo. Ciò rende questo tipo di sensore altamente immune agli sfondi che hanno proprietà riflettenti simili a quelle dell'oggetto rilevato.
A differenza dei sensori a fuoco fisso o di tipo nitido, che non considerano affatto lo sfondo, i sensori con soppressione dello sfondo possono effettivamente distinguere l'oggetto da uno sfondo colorato e strutturato simile.
In un sensore di soppressione dello sfondo, c'è un singolo emettitore e più ricevitori sensibili alla luce emessa. Può trattarsi anche di più regioni dello stesso sensore nel tipo a soppressione dello sfondo elettronica.
Quando non ci sono oggetti davanti al sensore, ci possono essere due scenari.
- Il raggio emesso viene riflesso dallo sfondo
- Il raggio emesso non viene riflesso dallo sfondo
Se il raggio non viene riflesso dallo sfondo, il sensore conclude che la distanza dall'oggetto è infinita e non attiva la sua uscita. Se lo sfondo è riflettente, il raggio riflesso cade su una particolare area del ricevitore (nell'area superiore del sensore nell'immagine sopra).
Il sensore è calibrato/sintonizzato per ignorare questa regione dell'elemento sensibile. Quando un oggetto viene posizionato davanti al sensore, l'angolo del raggio riflesso cambia. Ciò fa sì che il raggio risplenda su una parte diversa del sensore (o un altro elemento sensibile in alcuni modelli) che il sensore può distinguere come rilevamento.
Nell'immagine sopra, si noti come la posizione più vicina al sensore causi l'angolo maggiore nel raggio riflesso. L'angolo diminuisce man mano che l'oggetto si allontana dal sensore.
Soppressione meccanica dello sfondo contro soppressione elettronica dello sfondo
Per ottimizzare costi e prestazioni, esistono due tipi di sensori con soppressione dello sfondo: tipi meccanici ed elettronici. Il tipo elettronico ha un unico sensore di grandi dimensioni in cui viene eseguita l'elaborazione del software per impostare e determinare la regione di rilevamento dell'oggetto. Ciò è ottenuto da uno speciale sensore chiamato Position Sensitive Device (PSD). L'elaborazione software del segnale consente di eseguire un filtraggio aggiuntivo sul segnale per ridurre gli artefatti dovuti a forti vibrazioni. Questo è uno dei vantaggi dei sensori BGS elettronici.
Sui tipi meccanici, sono presenti due o più elementi di rilevamento per fornire una maggiore precisione, migliori prestazioni ottiche e un intervallo di interruzione più nitido con stabilità della temperatura. C'è anche un sistema ottico per consentire la messa a punto, che si aggiunge alle dimensioni dell'unità sensore.
Conclusione
In questo articolo, abbiamo discusso dei sensori di soppressione dello sfondo. Questi sensori sono molto utili per rilevare materiale riflettente collocato su sfondi di colore/struttura simili. Pepperl + Fuchs è uno dei produttori leader del settore che produce sensori fotoelettrici a modalità diffusa con soppressione dello sfondo.
